ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Thành phố Hồ Chí Minh
Khoa: Công nghệ Hóa & Thực phẩm
Bộ môn: Quá trình và Thiết bị
ĐỒ ÁN
MÔN HỌC: ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH QT&TB
MÃ SỐ: 605109
Họ và tên sinh viên: Vũ Tiến Dũng
Lớp: HC06MB
Ngành (nếu có): Quá Trình & Thiết Bị
1. Đầu đề đồ án: Thiết kế hệ thống tháp hấp phụ tinh luyện cồn pha xăng
2. Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu):
-
Nồng độ nhập liệu: x
F
= 92%phần khối lượng
-
Nồng độ sản phẩm cồn khan: x
W
= 99,5% phần khối lượng
- Nguồn năng lượng và các thông số khác tự chọn
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Xem ở phần mục lục
4. Các bản vẽ và đồ thị (loại và kích thước bản vẽ):
Gồm 2 bản vẽ A1: bản vẽ quy trình công nghệ và bản vẽ chi tiết thiết bị
5. Ngày giao đồ án: 5/07/2010
6. Ngày hồn thành đồ án: 4/9/2010
7. Ngày bảo vệ hay chấm: 7/9/2010
Ngày 4 tháng 09 năm 2010

Kết Luận
Tài Liệu tham khảo
Trang 3
ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải
Chương 1

TỔNG QUAN
Trang 4
ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải
I. Mục đích đề tài
1. Tính thực tiễn của đề tài
Các nhà khoa học cho biết, chúng ta đang sống trong một giai đoạn lịch sử mới cảu trái
đất – kỷ nguyên loại người – khi chúng ta là nguồn lực chính của trái đất. Nhưng hiện nay sự
thành công thái quá của con người đã gây ra những áp lực chưa từng thấy cho hệ sinh thái trái
đất và đe dọa chính lồi người . Theo các chuyên gia, chúng ta đang phải đối mặt với sáu vấn đề
có liên quan tới nhau và rất cấp bách:
- Lương thực: Cứ sáu người thì có một người bị đói và suy dinh dưỡng trong khi đó quá
trình công nghiệp hóa và dân số tăng đang làm giảm diện tích trồng cây lương thực
- Nước: Đến năm 2025, 2/3 dân số thế giới phải sống trong vùng thiếu nước sạch
- Năng lượng: Hiện nay nguồn năng lượng chính của chúng ta đến từ dầu mỏ và khí đốt,
trong khi đó nguồn nhiên liệu hóa thạch này đang khan hiếm dần và dự đốn sẽ hết trong một
tương lai rất gần
- Biến đổi khí hậu: Biến đổi khí hậu đã và đang diễn ra trên tồn thế giới, nó có ảnh hưởng
rất lớn đến đời sống con người trên trái đất
- Đa dạng sinh học: Nhiều nhà khoa học cho rằng thế giới đang bước vào cuộc “đại tuyệt
chủng” lần thứ 6 do các vấn đề về ô nhiễm môi trường và tăng dân số
- Ô nhiễm: Các chất được cho là ô nhiễm đã có trong tự nhiên từ rất lâu nhưng hiện giờ
chúng đang có nồng độ cao đến mức báo động, nó đang gây ra nhưng thiệt hại và biến đổi to
lướn đối với con người và sinh vật trên trái đất.
Trang 5

Xét về mặt năng lượng thì cồn tinh luyện không có lợi hơn so với xăng (năng lượng
sinh ra khi đốt cháy cồn chỉ bằng 62% khi đốt cháy xăng) nhưng việc ứng dụng gasohol vào
thực tế sẽ mang nhiều lợi ích kinh tế:
- Tiết kiệm được lượng xăng nhập khẩu nếu pha thêm 10% Ethanol vào xăng mà bảo
đảm động cơ vẫn hoạt động bình thường thì có nghĩa là ta sẽ giảm được 10% lượng xăng nhập
khẩu qua đó tiết kiệm được rất nhiều ngân sách dành cho việc nhập khẩu xăng.
- Ethanol có chỉ số octane cao, nên khi pha thêm Ethanol vào xăng làm tăng thêm chỉ số
này và cũng đồng thời tăng chất lượng xăng
- Tận dụng các nguồn phụ phế phẩm của nông nghiệp để sản xuất cồn như rơm rạ, mật
rỉ, ngô, sắn…Đồng thời tạo công ăn việc làm cho nhân dân. Hàng năm nước ta có khoảng 31
triệu tấn rơm rạ, ngồi việc sản xuất nấm rơm ra thì đây là ngồn sản xuất cồn rất lớn, rất có triển
vọng
- Giúp ổn định vấn đề về an ninh năng lượng và giảm bớt phụ thuộc năng lượng vào các
quốc gia khác
II.
Những đặc tính của cồn tinh luyện
Trang 7
ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải
1. Các phương pháp sản xuất cồn
1.1. Hydrat hóa ethylen
Ethanol được sử dụng như là nguyên liệu công nghiệp và thông thường nó được sản
xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp hydat hóa ethylen trên xúc
tác axit, được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho ethylen hợp nước ở 300
0
C áp suất 70 –
80 atm với xúc tác là axit photphoric:
H
2
C = CH
2

Ethanol có thể hòa tan nhiều chất vô cơ cũng như hữu cơ nên được sử dụng làm dung môi rất
Trang 8
ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải
tốt. Ethanol dễ cháy và có thể tạo hỗn hợp nổ với không khí. Ethanol tạo hỗn hợp đẳng phí với
nước ở 89,4% mol, nhiệt độ sôi của hỗn hợp này ở 1 atm là 78,4
0
C
Nhiệt độ sôi của ethanol nguyên chất 78,39
0
C, tỷ trọng d
15
4
= 0,794, nhiệt dung riêng
đẳng áp C
p
(16
0
C -21
0
C) = 2,42 J.g
-1
.K
-1
, nhiệt cháy 1370,82 kJ/mol
2.2. Ứng dụng
Cồn là hỗn hợp Ethanol và nước có ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống xã
hội:
- Cồn pha với nước thành đồ uống, chế biến thức ăn, chế biến các loại hương
- Trong y tế cồn là nguyên liệu trung gian để sản xuất nhiều loại thuốc, cồn còn làm chất
sát trùng

Bảng 1: Yêu cầu kỹ thuật của cồn nhiên liệu
Trang 10
ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải
STT Tên chỉ tiêu Giới hạn
1 Ethanol, % thể tích, min 92,1
2 Methanol, % thể tích, max 0,5
3 Hàm lượng nhựa đã rửa qua dung môi,
mg/100ml, max
5,0
4 Hàm lượng nước, % thể tích, max 1,0
5 Hàm lượng chất biến tính (xăng, naphta), %
thể tích, min – max
1,96 – 5,0
6 Hàm lượng Clorua vô cơ, mg/l, max 32
7 Hàm lượng đồng, mg/kg, max 0,1
8 Độ axit (axit acetic), mg/l, max 0,007
9 Độ pH, min – max 6,5 – 9,0
10 Lưu huỳnh, mg/kg, max 30
11 Sulfat, mg/kg, max 4
12 Khối lượng riêng ở 15
0
C, kg/m
3
-
13 Ngoại quan Trong
Trang 11
ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải
Bảng 2: Tiêu chuẩn cồn nhiên liệu của Mỹ năm 2003
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Giới hạn
1 Tỷ trọng tại 15,6

C, min % tt 99,5
3 Tính kiềm - Không có
Trang 12
ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải
4 Axit qui về axit acetic, max mg/l 30
5 Lượng chất rắn còn lại khi bốc hơi
nguyên liệu, max
%KL 0,005
6 Lượng aldehyde qui về
CH
3
COOC
2
H
5,
max
mg/l 60
7 Đồng (Cu), max mg/kg 0,1
8 Methyl alcohol, max mg/kg 300
9 Khả năng dẫn điện, max microS/m 300
3. Các phương pháp pha cồn vào xăng
Cồn có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho vào động cơ ở nhiều dạng khác nhau, cụ
thể là pha lẫn với xăng với tỷ lệ nào đó hoặc sử dụng 100% cồn. Qua việc thử nghiệm trên các
loại động cơ với nhiên liệu có cồn người ta thấy rằng nếu tỉ lệ cồn không quá 10%tt thì không
cần thay đổi kết cấu động cơ
Hiện nay trên thị trường đang lưu hành các loại xăng pha cồn như E5, E7, E10, E15,
E20, E85, E95, E100. Ký hiệu E có nghĩa là xăng pha cồn còn chỉ số có nghĩa là phần trăm thể
tích của cồn trong xăng
4. Ưu nhược điểm của xăng pha cồn với xăng truyền thống
Ethanol có chỉ số octane cao RON = 120 – 135, MON = 100 – 106, thường được pha

Giai đoạn 2: Sử dụng các phương pháp đặc biệt khác để tinh chế, làm khan cồn. Để làm
khan cồn hiện nay người ta thường sử dụng các phương pháp:

Chưng luyện:
Chưng luyện đẳng phí
Trích ly muối rắn

Phương pháp bay hơi thẩm thấu qua màng

Phương pháp hấp phụ
1. Phương pháp chưng luyện
1.1. Phương pháp chưng luyện đẳng phí
Nguyên tắc của phương pháp này là cho thêm cấu tử thứ ba vào hỗn hợp để phá điểm
đẳng phí, cấu tử thứ ba này sẽ tạo thành với cấu tử dễ bay hơi thành một dung dịch đẳng phí có
độ bay hơi lớn hơn và sản phẩm đáy tháp sẽ ở dạng nguyên chất.
Cấu tử thứ ba thường dùng là Benzene, Clorofom, toluene…
1.2. Phương pháp trích ly với muối rắn
Trong một vài hệ nào đó khi độ hòa tan cho phép thì ta có thể hòa tan muối vào trong
pha lỏng, đúng hơn là thêm vào chất lỏng như là một tác nhân riêng cho quá trình chưng luyện
trích ly. Khi đó muối sẽ làm thay đổi thành phần hỗn hợp ở trạng thái cân bằng mà không làm
thay đổi hỗn hợp ở trạng thái đầu, đối với hệ ethanol – nước khi thêm muối khan làm cho độ
bay hơi thay đổi đáng kể
2. Phương pháp bay hơi thẩm thấu qua màng
Trang 15
ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải
Phương pháp bay hơi thẩm thấu qua màng lọc dựa trên nguyên tắc sử dụng màng có
khả năng hút nước cao, có khả năng thẩm thấu ngược để tách nước ra khỏi hỗn hợp các cấu tử.
Bay hơi qua màng rất hiệu quả cho quá trình phân tách hỗn hợp lỏng ví dụ như loại
nước ra khỏi hỗn hợp ethanol – nước để sản xuất cồn cao độ. Kích thước của màng phụ thuộc
lưu lượng chảy qua màng. Phương pháp này màng lọc rất dễ bị ngộ độc hay mất dần khả năng

tháp tầng cố định hoặc tầng sôi…Dưới đây là sơ đồ công nghệ của các phương pháp trên
Trang 17
ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải
Hình 2. Sơ đồ hấp thụ cồn dạng hơi sử dụng hai tháp
Trang 18
ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải
Hình 3. Sơ đồ hấp thụ cồn dạng hơi sử dụng ba tháp
Trang 19
ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải
4. Phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp
4.1. Phương pháp chưng luyện đẳng phí

Ưu điểm:
- Là phương pháp tách hiệu quả hệ hai hay nhiều cấu tử có tạo thành điểm đẳng phí khi
tiến hành chưng ở điều kiện thường
- Với việc lựa chọn dung môi hợp lý quá trình chưng cất sẽ đơn giản dễ vận hành

Nhược điểm:
- Bằng việc thêm vào Benzene, cyclohexane trong sản phẩm sẽ còn lại một lượng dư
lượng nhỏ những chất này, nhưng đây là những chất rất độc hại với cơ thể con người
- Yêu cầu về năng lượng nhiệt cao
- Giá thành sản phẩm tương đối cao
4.2 Phương pháp chưng luyện trích ly với muối khan

Ưu điểm
- Chưng luyện trích ly có thể tao ra độ sạch cao hơn các tháp làm sạch thông thường. Cả
vốn đầu tư và chi phí vận hành đều giảm
- Phương pháp này sử dụng tác nhân là muối tương đối dễ kiếm và rẻ tiền , thiết bị vận
hành đơn giản, nông độ sản phẩm cao


0
. Kích thước mao quản dùng để đặt tên cho vật liệu này và nó cũng là yếu tố
quyết định đến tính chất của zeolite. Thành phần cơ bản của zeolite như sau:
(M
+
)
x
.(AlO
2
)
x
.(SiO
2
)
y
.zH
2
O
Trong đó:
M: là cation bù trừ điện tích khung
Trang 21
ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải
x: là số cation bù trừ điện tích
z: Số phân tử nước kết tinh trong Zeolite
2. Phân loại Zeolite
2.1. Phân loại theo kích thước mao quản
Theo kích thước mao quản thì zeolite được chia làm ba loại sau đây:
- Zeolite mao quản rộng: đường kính mao quản lớn hơn 8A
0
- Zeolite mao quản trung bình: đường kính nằm trong khoảng 5A

r
: diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ, m
2
/g
S
m
: Diện tích bề mặt của một phân tử chất bị hấp phụ, m
2
(Gần đúng có thể coi Sm bằng tiết diện ngang của chất bị hấp phụ, tham khảo bảng 4)
N: số Avogadro
n
m
: Số mol chất bị hấp phụ đơn lớp trên 1g chất hấp phụ, mol/g
Bảng 4. Tiết diện ngang của một số chất khí
Chất bị hấp phụ Nhiệt độ, K Sm, (A
0
)
2
N
2
77 16,2
O
2
90 14,1
Ar 77 13,8
Kr 77 20,2
Xe 273 22
CO 195 16,8
CO
2

+=
−
Phương trình này được ứng dụng trong khoảng P/P
0
= 0,05 – 0,35
Từ phương trình trên ta xác định giá trị V
m
, và có giá trị nồng độ C suy ra được n
m
4. Một số đặc trưng của Zeolite 4A
Zeolite 4A là loại Zeolite có kích thước mao quản trung bình 4A
0
. Zeolite 4A được hình
thành nhờ sự kết hợp giữa oxit natri, oxit nhôm, oxit silic với nhau với tỷ lệ 1Na
2
O: 1Al
2
O
3
:
2SiO
2
: xH
2
O. Bảng 5 dưới đây sẽ liệt kê các tính chất đặc trưng của Zeolite 4A
Bảng 5. Đặc tính kỹ thuật của Zeolite
Mô tả Đơn vị
Đặc tính kỹ thuật
Hình trụ Hình cầu
Đường kính mm 1,5-1,7 3,0-3,3 1,7-2,5 3,0-5,0

Tương tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ với nhau có thể bỏ qua
Trang 25